Затухающие электромагнитные колебания. Электрический резонанс

Поскольку контур, описанный в предыдущем параграфе, имеет некоторое активное сопротивление R, то, когда заряженный конденсатор, обладающий энергией W, соединяют с катушкой, при каждом колебании происходит уменьшение избыточной энергии контура W, так как она расходуется на нагревание проводников контура. Это означает, что в реальных случаях свободные колебания в контуре являются затухающими. Очевидно, скорость затухания колебаний будет возрастать при увеличении активного сопротивления контура R, которое действует аналогично трению в механических колебаниях.

Чтобы получить незатухающие электромагнитные колебания, можно включить в колебательный контур источник внешней синусоидальной э. д. о. е = Ɛм sin ωt (рис. 27.2). Под действием этой э. д. с. в контуре установятся вынужденные колебания о частотой этого источника ω (т. е. потечет переменный ток).

Если теперь изменять частоту внешнего источника ω, то амплитуда вынужденных электромагнитных колебаний будет изменяться, как и в случае механических колебаний.

Когда частота вынужденных колебаний ω приближается к собственной частоте контура, наступает электрический резонанс. При совпадении этих частот (ω = ω₀) реактивные сопротивления конденсатора Хс и катушки X_L взаимно компенсируют друг друга, и ток в контуре резко возрастает (рис. 27.3, резонансная кривая 1), так как его величина при этом ограничивается только активным сопротивлением контура R, которое обычно мало. Соответственно возрастают падения напряжения на реактивном сопротивлении конденсатора U_C = IX_C и катушки U_L = IX_L. При резонансе амплитуды этих напряжений могут в десятки и сотни раз превышать амплитуду э. д. с. Ɛм. Заметим, что собственную частоту контура ω₀, определяемую выражением (27.3), часто называют резонансной частотой контура.

При увеличении активного сопротивления контура R резонансные кривые идут ниже (2 и 3 на рис. 27.3).

Электрический резонанс очень широко используется в радиотехнике. Изменяя резонансную частоту колебательного контура с помощью конденсатора переменной емкости, приемник настраивают на определенную частоту, выделяя из огромного множества радиоволн передачу нужной радиостанции.